حساب شدة التيار الكهربائي وتحديد إتجاهه
شرح نصي لموضوع التيار الكهربائي
س: ما هو " التيار الكهربي " ؟
التيار الكهربي هو سيل من الإلكترونات الحرة , أي عدد من الإلكترونات الحرة تتدفق في الموصل .
وللتوضيح , فإن التيار الكهربي , كأي تيار آخر , مثل تيار المياه المتدفق من الخرطوم , فلفط " تيار " يطلق على عملية تحرك وتدفق شيء ما , وفي حالة التيار الكهربي , يكون هذا الشيئ هو الإلكترونات الحرة .
وتتم هذه العملية بإنتقال إلكترون من ذرة إلى الذرة التي يليها , فتصبح الذرة الأولى موجبة والثانية سالبة , فتقوم الذرة السالبة بطرد أحد الإلكترونات من الذرة الثالثة وتحل محله , وتقوم الذرة الأولى الموجبة بجذب إلكترون سالب من الذرة المجاورة وهكذا .
ولزيادة التبسيط , دعنا نتخيل المادة الموصلة كأنبوب به كرات صغيرة , حيث تعتبر هذه الكرات الصغيرة الإلكترونات الحرة , فإذا كان الأنبوب مفتوح من الناحيتين , وقمنا بإدخال كرة من أحد الأطراف , فإنها ستزيح كره تلو الأخرى , وتدخل الأنبوب , فيعود الأنبوب كما هو عليه .
ولكن من أين ستأتي تلك الكرات الأخرى ؟ أي من أين ستأتي تلك الإلكترونات الإضافية؟
الإجابة هي , أنها ستأتي مما يعرف بمصدر التيار , وسوف يتم شرحه فيما بعد .
شدة التيار الكهربي
دعنا نعود إلى التشبيه الذي قد ذكرناه عن التيار الكهربي , حينما قلنا أنه كالماء الذي يتدفق من خرطوم المياه , حسنا , مجرد عملية التدفق هذه " وبأي شده " تسمى تيارا , ولكن , ما هو الفرق بين تدفق وتدفق آخر للمياه؟
الفرق هو في كمية المياة التي سنحصل عليها في كل وحدة زمن , ولتكن الثانية .
كذلك , فإن شدة التيار الكهربي , يقصد بها , كمية الشحنة الكهربية التي يعطيها ذلك التيار ( ذلك التدفق ) في الثانية الواحدة .
هل يقصد من كمية الشحنة الكهربية , عدد الإلكترونات ؟
نعم , فالتيار الكهربي كما ذكرنا هو سيل من الإلكترونات الحرة , والإلكترونات هي عبارة عن شحنات سالبة , ولكن وجد أن شحنة الإلكترون تعتبر صغيرة جدا في القياسات , ولذلك تم إختراع وحدة قياس أخرى للشحنة تسمى " الكولوم" , وهي عدد (كمية) من الإلكترونات مع بعضهم البعض .
يرمز للتيار الكهربي بالرمز i , وطبقا لتعريف شدة التيار الكهربي فإنه "كمية الشحنة الكهربية ( عدد الكولوم ) التي يعطيها ذلك التيار في الثانية الواحده" .
إذا فمعادلة شدة التيار تكون :
i=Q/t
حيث أن i هو , التيار الكهربي
t هو , الزمن بالثانية
Q هو , الشحنة بالكولوم , واحد كولوم شحنة تساوي 1.6×1810 شحنة إلكترون .
إذا من المعادلة , نجد أن وحدة قياس شدة التيار الكهربي هي " الكولوم / ثانية " وهو ما يطلق عليه إسم "الأمبير" A
س : إذا قيل لك أن موصل ما يمر به تيار كهربي شدته 1 أمبير , فما معنى هذا ؟
هذا يعني أنه إذا تم حساب كمية الشحنة التي تمر من مقطع هذا السلك في ثانية واحدة , فإنها سوف تساوي واحد كولوم , أي أنه يمر في كل ثانية 6.24 × 1810
إلكترون من مقطع هذا السلك .
وإذا كانت قيمة شدة التيار 2 أمبير مثلا , فإن هذا يعني أنه في كل ثانية تمر شحنة قدرها 2 كولوم من مقطع هذا السلك , أي يمر في كل ثانية 1.248 × 1910 إلكترون (1.248 × 1910 إلكترون ) وهكذا .
وإذا كانت قيمة شدة التيار 2 أمبير مثلا , فإن هذا يعني أنه في كل ثانية تمر شحنة قدرها 2 كولوم من مقطع هذا السلك , أي يمر في كل ثانية 1.248 × 1910 إلكترون (1.248 × 1910 إلكترون ) وهكذا .
كيف نشير إلى إتجاه مرور التيار الكهربي ؟
مرور التيار الكهربي يعني مرور الشحنات السالبة في إتجاه , ويقابله مرور للشحنات الموجبة في الإتجاه المعاكس , فإذا كانت الإلكترونات تمر من اليسار إلى اليمين , فإن البروتونات تمر من اليمين إلى اليسار , وبالعكس , مع ملاحظة أن البروتونات لا تتحرك من مكانها , ولكن إنتقال الإلكترونات يظهر البروتونات على أنها تتحرك , ولكن يقال مجازا أن البروتونات تمر في الإتجاه المعاكس , وفي بعض الأحيان يطلق على الشحنة الموجبة ( البروتون ) لفظ " الفجوة الموجبة " .
تستخدم بعض المراجع الكهربية إتجاه مرور الإلكترونات على أنه إتجاه مرور التيار , ولكن في أغلب المراجع يستخدم إتجاه مرور الفجوات على أنه إتجاه التيار الكهربي , ويسمى في تلك الحالة " الإتجاه الإصطلاحي "
أو " The conventional direction"
ملاحظة هامة : هنالك فرق بين حركة الإلكترونات في التيار المتردد عن التيار المستمر ، حيث أن التيار المتردد يسبب حركة إهتزازية للإلكترونات ، بينما التيار المستمر يسبب حركة إنتقالية للإلكترونات في الموصل
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
تعليقات